Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Параметры режима наплавкн: ток / = 400 А, напряжение дуги 1/ = 38 В, скорость о = 18 м/ч = 0,5 см/с, эффективный КПД дуги ц = 0,8. Требуется определить мгновенную скорость охлаждения наплавленного металла прн Т = 550 'С (823 К), н в случае, если она выше 25 К/с, определить температуру подогрева изделия, обеспечивающую указанную скорость охлаждения.
Теплофнзическне коэффициенты: Л=0,38 Вт/(см К),ср= 4,8Дж/(см . К). Решение. Определим сначала эффективную мощность источника теплоты и погонную энергию: 4 5 ьц(// = 0,8 38 400 = 12160 Вт; 9/о = 12160/0,5 = 24320 Дж/см. Найдем скорость охлаждения на осн шва прн Т = 823 К. Начальную температуру изделии примем равной комнатной: Т„= 293 К.
Для расчета используем формулу (7.7): м(Т) =-2кЛ " =-2.3,!4 0,38 =-27,6 К/с. ( Т вЂ” Т„) (823 — 293) 9/о ' ' 24320 Таким образом, без подогрева скорость охлаждения превышает требуемое значение. С помощью формулы (7.7) определим начальную температуру изделия Т„, обеспечивающую скорость охлаждения — 25 К/с.
(Т вЂ” Т„) = -м(Т) — = 25 = 254777 К; Т- Т„ = 505 К; 2лЛ 6,28 0,38 Итак, для обеспечения заданной скорости охлаждения начальная температура изделия должна составлять 318 К (45 'С). В случае расчетной схемы точечного источника на поверхности плоского слоя для расчета скорости охлаждения используют выражение т т 2 ( Т т ) 9/и 1,0 0,5 1 2 3 4 Рис. 7.2. Номограмма для определения поправочного коэффициента й при расчетах мгновенных скоростей охлаждения в плоском слое где к — поправочный коэффициент, определяемый по номограмме (рис. 7.2) в зависимости от значения критерия 2 2а/и (7.12) лб ср(Т вЂ” Т„) Следует отметить, что при значениях критерия Т, > 2,5 скорости охлаждения точек плоского слоя, расположенных на оси шва, почти совпадают со скоростью охлаждения точек пластины, а при Т, < 0,4 — со скоростями охлаждения точек полубесконечного тела. Пример 7З.
На стальной лист толшиной б = 24 мм наплавляют валик при погонной энергии 9 в = 32 кДж/см. Теплофизические коэффициенты равны: Х = 0,38 Вт/(см К), ср = 5,2 Дж/(см К). Определить влияние начальной температуры, изменяюшейся в диапазоне от -30 до +20 'С (243...293 К), на мгновенную скорость охлаждения металла на осн шва при температуре Т = 700 'С (973 К). Решение. Выбираем расчетную схему плоского слоя.
По формуле (7.12) определяем значение безразмерного критерия ~ для начальной температуры Т„=293 К: 29/и 2 32000 лбзср(Т вЂ” Т„) 3,14 2,4 .5,2(973 — 293) По номограмме (см. рис. 7.2) находим соответствующее значение поправочного коэффициента: А = 0,79. Определяем по формуле (7.11) скорость охлаждения при Т= 973 К: га(Т) = -2лХ/с —" = -2 3,14 0,38 0,79 = -27,3 К/с. (Т-Т„)' (973-293)' д/е 32000 252 Повторяем расчеты лля начальной температуры Т„= 243 К, используя формулу (7.! 2): 29/е 2 32000 лб ср(Т-Т„) 3,14 2,4 .5,2 (973-243) По номограмме находим соответствуюшее значение поправочного коэффициента: 1 = 0,87.
Используя формулу (7.11), определяем скорость охлаждения при Т= 973 К: (Т-Т,) (973-243) и(Т) =-2лХА ' ' =-2.3,14 0,38 0,87 =-34,5К/с. 9/о 32000 Таким образом, при изменении начальной температуры мгновенная скорость охлаждения ш7щ на оси шва изменяется в пределах от 34,5 К/с (при Т„= 243 К) до 27,3 К/с (при Т„= 293 К). 7.1.3. Расчет длительности пребывания при температуре выше заданной (7.13) Т(/) — Тзал = О.
Рассмотрим два сварочных процесса: 1) наплавку на массивное тело и 2) однопроходную сварку листов встык, которые соответств ют расчетным схемам точечного источника на поверхности массивного тела и плоского источника в бесконечнои пластине. ву . Математические преобразования выполним для обеих схем, применяя модели быстродвижушихся источников теплоты и не учитывая теплоотдачи с поверхности (Ь = О). Используем выражения (6.37) и (б.41) для расчета термических циклов Т(/), а также выражения (7.3) и (7.4) для расчета максимальных температур Т: 1) в случае трехмерного температурного поля при наплавке на массивное тело 0/и ( 2 Т(г, /) — Т„= ехР— — ~, 2л)и 1 4а/ ~ (7.
14) 253 Длительность пребывания металла при температуре выше заданной Т„д выражается отрезком /„= /2 — /1 на рис. 7.1. Для определения /н необходимо, используя математическое выражение термического цикла Т(/), вычислить корни /1 и /2 уравнения 9 2 Т(у, /) — Т„= ~ ехр— ср~/4кпг 4а/ (7.16) , — 9/и Т (у)-Т„= 2бсру (7.17) н (7.18) — "= /2е — ехр — У ~т Тн ~/4а1 ~ 4щ (7.19) /' 1'1 0(тз) = — ехр~1- — ~; тз тз (7.20) 0(тз) = — ехр~ — ~. ~/2е / ! ! (7.21) (7.23) 254 255 гд/ Т (г) т (7.15) кесрг 2) в случае двумерного температурного поля при однопроходной сварке листов Разделив выражение (7.! 4) на (7.15), а (7.16) на (7.! 7), получим: 3 Используя подстановку т =4а//г для выражения (718) и =4щ/ ~ яв тз — — щ~у для выражения (7.19), получим зависимости, которые связывают безразмерную температуру О = —" с безразмерны- Т вЂ” Т„ ми параметрами времени т и т: 3 2 Уравнения кривых (7.20) и (7.21) описывают в безразмерных переменных термические циклы при нагреве тел быстродвижущимися источниками теплоты.
Таким образом„все многообразие термических циклов для любых точек массивного тела или плас- 0 2 4 6 8 10 12 тз'тз Рис. 7.3. Термические циклы в безразмерных переменных лля схем нагрева массивного тела быстродвижущимся точечным источником 0(тз) н пластины быстродвижущимся линейным источником 0(тз) тины при различных параметрах режима и разных теплофизических свойствах материалов выражается одной обобщающей кривой: 0(т3) — для массивного тела; 0(тз) — для пластины (рис.
7.3). Сложная зависимость между многими переменными процесса распространения теплоты значительно упрощается и сводится к простой зависимости между двумя рационально выбранными безразмерными величинами, каждая из которых представляет собой простое сочетание нескольких переменных процесса. Из зависимостей, представленных на рис. 7.3, следует, что заданной безразмерной температуре О, соответствуют безразмерные длительности пребывания материала при температуре выше нее (тз„для массивного тела и тз„для пластины). Зависимости размерной длительности нагрева г„ найдем, ис- пользУЯ ее свЯзь с безРазмеРными паРаметРами вРемени тза и тза (см. выше — определения параметров тз и тз): 2 2 /зн тзн ! /2н 2н 4 Расстояния г и у в (7.22) выражаем через максимальные температуры термического цикла, используя (7.15) и (7.17): 2 2 Ч/ю яе ср(Тт — Тя) у 1 пб (7.24) тзн 2 с//и 2 /Зн тзн 4а 4а хеср(тл, — Т„) тз„2с//и 2с//и (7.25) -с 4 Цт -т) 3/т -т)' с/ т2н 8 пб /с2 цб /сер т — т„ (7.26) 4яе )с 130000 0,0083 80 8 = 0,012 0,4 5 — !040 с = 17,3 мин.
8 с „=/сг— З.ср 1350 -20 Т вЂ” Т„ /с~,' /сг 1,0 0,8 0,6 0,20 0,15 0,10 0,4 0,05 0,2 256 Подставляя выражения (7.23) и (7.24) в (7.22), окончательно получаем 2 У т2л 1 Пб /2н т2н " 4а 4а ~с/2пе ср(т — 7' ) Входящие в выражения (7.25) и (7.26) коэффициенты /с1 —— 4ле ь 2н и '-2 —— — определяем по номограмме (рис. 7.4) в зависимости 64 хе 0 0 О 0 10 0 !5 О 20 О 25 О 0,4 0,6 0,8 а б Рис. 7.4. Номограмма для определения коэффициентов /с~ и Фг в зависимости от значений 0: 0,1...0,3 (а) и 0,3...1 (6) т -т„ от безразмерной темпеРатУРы 0 = где Т вЂ” максималь~т и ная температура термического цикла в рассматриваемой точке изделия; „л— ; Т вЂ” температура, длительность пребывания выше которой подлежит определению; ҄— начальная температура изделия.
име 7.4. Определить длительность пребывания при температурах Пример лизи зоны сплавлевыше точек о 1000 'С точек околошовной зоны, лежащих в лизи о а Т = 1350 'С иия и испытавш х вших нагрев до подсолидусных температур п и электрошлаковой сварке стальных плит щ тол иной Ь = 800 мм. Эф= 130 кВт; скорость сварки ч ек ч, тивиая мощность источника теплоты с/— лия Т =20'С. Теп= 0,3 / = 0,0083 см/с; начальная температура изделия =5 ж/см .К). ь лофизические коэффициенты: З.
= 0,40 Втйсм К); ср = 5 Д (см . Решение. Поскольку при электрошлаковой свар ке источник теплоты (шлаковую ванну) нельзя считать быстр д у о виж щимся, то возможна лишь ориентировочная оценка. Рим . П еиим схему линейного источника теплоты в пластине. Определяем безразмерную температуру: Т -Т„1000 -20 Т - Т„1350 - 20 По номограмме см. рис.. р (,, 7.4) оп еделяем значение коэффициента /сг для = 0,73: /сг = 0,012. Дл ения длительности пребывания металла при температуя определения рах вь ах выше заданной используем выражение (7.26): 72. расчет ширины 30ны нягрени П и оценке влияния термического цикла на свариваемый металл бывает необходимо определить ширину з , р р ри оцен температуры в которои превышало зад анное ЛТ ис. 7.5).
Для этого обычно используют формулы, полученные из выражений для ак как ши ина зоны нагрева асчета максимальных температур, так Р е мы. Полагая г = /в выражеравна ширине соответствующеи нзотер нии (7.3), после несложных преобразований для схемы быстро- 257 движущегося точечного источника теплоты на поверхности массивного тела получаем ширину зоны нагрева: 2/= 8д/и 1геср(Т Т'')' Для схемы быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине преобразуем формулу (7.4). Полагая у = / и пренебрегая теплоотдачей с поверхности (полагая Ь = О), получаем выражение для расчета ширины зоны нагрева: Рис.
7.5. Схема для определения ширины 2! зоны, приращение температуры в которой превы- шало заданное АТ н аходится между изотермами 870 и !050 К. Теплоемкость стали ср = = 5 Дж/(см . К). Начальная температура изделия Т„= 270 К. Решение. Сначала находим эффективную мощность дуги н погонную энергию сварки: 9 = г11//= 0,8 34 300 = 8160 Вт; 9/и = 8160/0,5 = 16320 Дж/см. Считая источник быстродвижущимся в пластине и используя выражение (7,28), определяем ширину зоны нагрева выше 1050 К; 2 яе сб 0,484 16320 ср(Т -Тн ) 5,0(1050 — 270) А налогично определяем ширину зоны нагрева выше 870 К: ! 2 яе вб 0 484'16320 ср(Т вЂ” Т„) 5,0(870 — 270) Пример 7.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
